על מנת להבין את ההבדלים בין התגובות יש צורך קודם כל להבין מהי תגובת חמצון-חיזור ומהי תגובת חומצה/בסיס לואיס.
תגובת חמצון-חיזור היא תגובת מסירת אלקטרונים בין יון מחזר (נותן e-) ליון מחמצן (מקבל e-). מסירת האלקטרונים מתרחשת בעקבות קיום תכונה עצמית של החומרים המשתתפים בתגובה הנקראת אלקטרושליליות. אלקטרושליליות מוגדרת כיכולת של החומר למשוך אליו אלקטרונים בקשר קוולנטי. וכך האלקטרונים עוברים מאטום או מולקולה בעלי אלקטרושליליות נמוכה לאטום או מולקולה בעלי אלקטרושליליות גבוהה. מאחר והתגובות הן משלימות, האחת אינה יכולה להתקיים ללא השנייה ובסוף התהליך דרגות החמצון של החומרים שהשתתפו בתגובה משתנות בהתאם למטען האלקטרוני שעבר בין המגיבים.
למשל התגובה בין נתרן לכלור ליצירת נתרן כלוריד (מלח שולחן) היא תגובת חמצון חיזור.
נעבור כעת לתגובת חומצה/בסיס לואיס.
ההגדרה המקובלת כיום לחומצת לואיס היא חומר מולקולרי על כל נגזרותיו המסוגל לקבל על עצמו זוג אלקטרונים ולכן מסוגל להגיב עם בסיס לואיס (בהתאמה, בסיס לואיס הוא חומר מולקולרי על כל נגזרותיו המסוגל לתרום זוג אלקטרונים) ליצירת תוצר לואיס. האלקטרונים המשתתפים בקשר עוברים ממולקולה תורמת לאכלס אורביטל מולקולרי חדש, המשותף למולקולה התורמת ולמולקולה המקבלת. במהלך המעבר האלקטרונים הללו "מאבדים" את הזהות או השייכות שלהם למולקולה התורמת אותם.
דוגמא לתגובת חומצה/בסיס לואיס היא התגובה ליצירת אמוניום מאמוניה ויון מימן.
הבסיס הכימי שעומד מאחורי תגובת חומצה/בסיס לואיס הוא השאיפה להגיע ליציבות אנרגטית, ואכן האלקטרונים המשתתפים בתגובה עוברים לאכלס אורביטלה מולקולרית הנמוכה באנרגיה:
על פניו, גם תגובת חמצון-חיזור וגם תגובת חומצה/בסיס לואיס הן תגובות דומות שמערבות שיתוף של אלקטרונים בין מולקולות ליצירת קשר חדש. אולם ישנם הבדלים מהותיים בין השתיים שכן בתגובת חמצון-חיזור מתקיים קשר בין שני מגיבים שמשנים את דרגות החמצון שלהם ואינם משתפים את האלקטרונים ביניהם (אלקטרונים עוברים ממגיב אחד לאחר). בנוסף, ייתכן מעבר של אלקטרון אחד, זוג אלקטרונים או יותר וזאת בהתאם למגיבים ולהפרשים באלקטרושליליות שביניהם. לעומת זאת בתגובת חומצה/בסיס לואיס מדובר במעבר של זוג אלקטרונים ממולקולה שלה היכולת לתרום אלקטרונים, ליצירת תוצר לואיס חדש המורכב משני המגיבים וללא כל שינוי בדרגות החמצון של המגיבים שהשתתפו בתגובה.
לצורך העניין על מנת להבחין בראקציה שהתרחשה האם מדובר בתגובת חמצון-חיזור או בתגובת חומצה/בסיס לואיס ניתן להעזר בתא אלקטרוכימי.
תא אלקטרוכימי הוא כלי מצויין למדידה של תגובות חמצון-חיזור. למרות שהשימוש בו נעשה בעיקר לציפוי מתכות ניתן למדוד בו זרם חשמלי שנגרם כתוצאה ממעבר האלקטרונים שבין המחזר למחמצן. באופן עקרוני התא מורכב משתי אלקטרודות הטבולות בתמיסות המחזר והמחמצן. בצידו האחד של התא מצויה אלקטרודה חיובית (אנודה) הטבולה בתמיסת המחזר ובצדו האחר של התא מצויה אלקטרודה שלילית (קתודה) הטבולה בתמיסת המחמצן. בין התאים מחבר גשר המכיל תמיסת מלח (לרוב נתרן כלורי) שתפקידו לאפשר את מעבר האלקטרונים וקיום זרם חשמלי בין האנודה לקתודה.
איור של תא אלקטרוכימי. התמונות במאמר הם באדיבות ויקיפדיה.
לעומת זאת בתגובה של חומצה ובסיס לואיס בתא אלקטרוכימי לא ימדד זרם חשמלי. מדוע? משום שלא ניתן להפריד בתוצר הסופי בין המגיבים. חשוב להדגיש, אמנם האלקטרונים עוברים מבסיס לואיס לחומצת לואיס, אך כפי שהסברתי האלקטרונים משתתפים ביצירה של קשר מולקולרי חדש לתוצר לואיס חדש ולא ניתן למדוד באמצעותם זרם חשמלי.
מאת: שלומי דגן
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע
נכתב בשיתוף עם מעיין שיש
הפקולטה למדעי הטבע
האוניברסיטה העברית
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.